Bảng các từ viết tắt
làm cho OFDM chịu đựng được tốt các can nhiễu giữa can nhiễu ISI gây ra bởi
truyền lan nhiều đường.
Hình 2.7: OFDM có khoảng bảo vệ và không có khoảng bảo vệ.
Có thể giảm ảnh hưởng ISI tới OFDM bằng cách thêm vào khoảng bảo vệ ở
trước của mỗi symbol. Khoảng bảo vệ này là bản sao tuần hoàn theo chu kỳ, làm
mở rộng chiều dài của dạng sóng symbol. Symbol của OFDM chưa có bổ sung
khoảng bảo vệ, có chiều dài bằn kích thước IFFT (được sử dụng tạo tín hiệu) có một
số nguyên lần các chu kỳ. Việc đưa vào các bản sao của symbol nối đuôi nhau tạo
thành một tín hiệu liên tục, không có sự gián đoạn ở chỗ nối. Như vậy việc sao chép
đầu cuối của symbol và đặt nó để đầu vào tạo ra một khoảng thời gian dài hơn.
Bảng các từ viết tắt
2.4 Giới hạn băng thông của OFDM
Trong miền thời gian, OFDM là tương đương với tổng các sóng mang hình
sine điều chế. Mỗi symbol nằm trong thời gian xác định với hàm cửa sổ hình chữ
nhật. Cửa sổ này xác định biên của mỗi symbol OFDM và xác định đáp tuyến được
tạo ra. Thời gian truyền OFDM khi dùng khóa dịch pha PSK, biên độ tải phụ là cố
định và pha thay đổi từ symbol này sang symbol khác để truyền dữ liệu. Pha tải phụ
thì không đổi đối với toàn bộ symbol, dẫn đến nhảy bậc pha giữa các symbol.
Những thay đổi đột biến giữa các symbol dẫn đến sự mở rộng trong miền tần số.
Hình 2.8: Phổ của tín hiệu OFDM gồm 52 tải phụ không có hạn chế băng thông
2.4.1 Lọc băng thông
Bảng các từ viết tắt
Lọc băng thông được sử dụng khi tín hiệu được biến đổi từ miền tần số thành
dạng sóng tương tự và ngược lại để ngăn ngừa sự chồng phổ (aliasing). Trong
OFDM, lọc băng thông để loại bỏ hiệu quả một số búp sóng trên OFDM. Giá trị
loại bỏ búp sóng bên phụ thuộc vào dạng bộ lọc được sử dụng. Nhìn chung bộ lọc
số cung cấp độ linh hoạt, độ chính xác và tỉ lệ cắt (cut of rate) lớn hơn nhiều lọc
tương tự, do đó chúng hữu ích trong việc hạn chế băng thông của tín hiệu OFDM.
Đáp tuyến tần số OFDM không lọc. Tín hiệu OFDM được lọc băng thông.
Các tín hiệu này được lọc bằng đáp tuyến xung hữu hạn FIR được phát triển khi
dùng phương pháp cửa sổ (Windowing). Do số tải phụ được dùng trong các hình là
nhỏ có thể thấy roll off của bộ lọc FIR. Trong thực tế, loại bỏ tất cả các búp sóng
bên, nhưng tính toán bộ lọc phức tạp và giá thành cao và nó làm giảm tỉ số tín hiệu
trên nhiễu hiệu dụng SNR của kênh OFDM. Bộ lọc cũng ảnh hưởng đến một phần
năng lượng của các tải phụ phía bên ngoài, làm méo dạng tín hiệu, và gây can nhiễu
giữa các sóng mang ICI. Bộ lọc có dạng dốc đứng cho phép tách biệt các khối
OFDM để đặt chúng rất gần nhau trong miền tần số cải thiện hiệu quả phổ, tuy
nhiên nó cũng làm giảm tỉ số SNR hiệu dụng.
2.4.2 Độ phức tạp tính lọc băng thông FIR
Việc dùng bộ lọc băng thông số là phương pháp rất hiệu quả để loại bỏ các
búp sóng bên do tín hiệu OFDM tạo ra. Để thực hiện bộ lọc băng thông FIR số tap
cần thiết tương ứng với:
Bảng các từ viết tắt
t
t
taps F
IFFTW
ceilN .
. (2.4)
Trong đó,
Ntaps : Số tạp trong bộ lọc FIR
Wt : Độ rộng quá độ của hàm cửa sổ được dùng để tạo bộ lọc FIR.
IFFT: là kích thước FFT được sử dụng để tạo tín hiệu.
Ft : Độ rộng quá độ của bộ lọc chuẩn hóa cho khoảng cách tải phụ.
Ceil : Phép làm tròn về phía lớn hơn. Ví dụ: (1.1) = 2
Ví dụ để tạo tín hiệu cần lọc với bộ lọc 24 tap. Điều này có thể tính từ đặc
điểm kỹ thuật tín hiệu. Tín hiệu được tạo ra khi dùng kích thước IFFT là 64, do vậy
IFFT = 64. Hàm cửa sổ Kaiser với độ rộng quá độ 3 được sử dụng, dẫn đến suy giải
chặn (stop band) là 89 dB. Công suất búp sóng bên của tín hiệu OFDM không được
lọc là – 20 dBc và sau khi lọc là –109 dBc. Độ rộng quá độ của hàm cửa sổ được sử
dụng là 3.0 nên số tap cần thiết là:
24
8
640.3
.
ceilNtaps (2.5)
Mỗi tap của bộ lọc FIR yêu cầu hai thuật toán nhân và tích lũy MAC
(Multiply And Accumulate) như các kết quả mẫu phức. Và như vậy đối với tần số
lấy mẫu 20 MHz số phép tính sẽ là 20 x 106 x 24 x 2 = 960 triệu MAC.
Bảng các từ viết tắt
Trong các ứng dụng mà số tap cần thiết trong bộ lọc là lớn (>100), việc thực
hiện bộ lọc FIR nhờ dùng FFT có thể hiệu quả hơn.
2.4.3 Ảnh hưởng của lọc băng thông tới chỉ tiêu kỹ thuật OFDM
Trong thời gian symbol OFDM có dạng hình chữ nhật, tương ứng với suy
giảm dạng sine trong miền tần số. Nếu dùng bộ lọc băng thông đến tín hiệu OFDM
thì tín hiệu sẽ có dạng hình chữ nhật cả trong miền tần số, làm cho dạng sóng trong
miền thời gian có suy giảm dạng sinc giữa các symbol. Điều này cho ISI làm giảm
chỉ tiêu kỹ thuật. Có thể loại bỏ ISI do việc lọc gây ra bằng cách dùng khoảng bảo
vệ có độ dài. Bằng việc chọn offset thời gian để đồng bộ giữa các khoảng bảo vệ, do
vậy hầu hết năng lượng ISI bị loại bỏ.
2.5 Kết luận chương
Chương này đã giới thiệu một vài đặc tính của kênh truyền vô tuyến ảnh
hưởng đến tín hiệu khi truyền đi trong không gian. Đồng thời các loại nhiễu thường
gặp trong hệ thống OFDM cũng được đề cập đến. Để hạn chế nhiễu và ảnh hưởng
của kênh truyền đa đường thì ở chương sau đề cập đến một số kỹ thuật được úng
dụng trong OFDM.
Chương 3: VẤN ĐỀ ĐỒNG BỘ TRONG HỆ THỐNG
OFDM